JP2003014685A - Biosensor and its manufacturing method - Google Patents

Biosensor and its manufacturing method

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JP2003014685A
JP2003014685A JP2001203954A JP2001203954A JP2003014685A JP 2003014685 A JP2003014685 A JP 2003014685A JP 2001203954 A JP2001203954 A JP 2001203954A JP 2001203954 A JP2001203954 A JP 2001203954A JP 2003014685 A JP2003014685 A JP 2003014685A
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JP
Japan
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reaction layer
electrode
biosensor
layer
electrode system
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Application number
JP2001203954A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshiko Miyamoto
佳子 宮本
Tomohiro Yamamoto
智浩 山本
Yoshikazu Hasegawa
美和 長谷川
Kiichi Watanabe
基一 渡邊
Toshihiko Yoshioka
俊彦 吉岡
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a biosensor in which a reaction layer containing an enzyme is rendered to a thin film in order to measure the concentration of a specific substrate in a biological component accurately in a short time. SOLUTION: The biosensor comprises an electric insulating substrate, an electrode system of a working electrode and a counter electrode formed on the substrate, and a reaction layer containing an enzyme formed on the electrode system or in the vicinity thereof. The reaction layer is formed by blowing a solution of a reagent composing the reaction layer onto the electrode system on the electric insulating substrate or in the vicinity thereof by electrospray method.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、血液、尿などの生
体試料、食品工業における原料や製品、さらには果汁な
どの試料に含まれる基質(特定成分)を高精度で、迅速
かつ容易に定量するためのバイオセンサおよびその製造
方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to quantification of substrates (specific components) contained in biological samples such as blood and urine, raw materials and products in the food industry, and samples such as fruit juice with high accuracy, quickly and easily. And a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】生体試料および食品中の特定成分(基
質)を試料液の希釈および撹拌などを行うことなく、簡
易に定量しうるバイオセンサが提案されている。その一
例として、特開平3−202764号公報には、絶縁性
基板上にスクリーン印刷などの方法によって電極系を形
成し、この電極系上に酸化還元酵素および電子伝達体を
含有する反応層を形成したバイオセンサが開示されてい
る。
2. Description of the Related Art A biosensor has been proposed which can easily quantify a specific component (substrate) in a biological sample or food without diluting or stirring the sample solution. As one example thereof, in Japanese Patent Laid-Open No. 3-202764, an electrode system is formed on an insulating substrate by a method such as screen printing, and a reaction layer containing an oxidoreductase and an electron carrier is formed on the electrode system. Biosensors are disclosed.

【0003】このバイオセンサは、以下のようにして試
料中の基質濃度を定量する。まず、試料液をバイオセン
サの反応層上に滴下することにより、反応層が溶解し、
試料液中の基質と反応層の酸化還元酵素との間で酵素反
応が進行する。この酵素反応に伴い、電子伝達体が還元
される。一定時間後、センサの電極に電圧を印加して、
この還元された電子伝達体を電気化学的に酸化し、この
とき得られる酸化電流値から試料液中の基質濃度を定量
することができる。この主の構成のバイオセンサの反応
層に含まれる酵素の量は、反応層の作製方法がいわゆる
ディップ法を用いることが多く、薄膜として作製するこ
とが困難であった。また、作製した層が不均一になるこ
とを避けるのが困難であった。従って、反応層中に存在
する酵素量は、定量する試料に含まれる基質量と比較し
て過剰であった。また、反応層に含まれる試薬の量が多
いため、試薬層の溶解に時間がかかるという欠点があっ
た。
This biosensor quantifies the substrate concentration in a sample as follows. First, by dropping the sample solution on the reaction layer of the biosensor, the reaction layer is dissolved,
An enzymatic reaction proceeds between the substrate in the sample solution and the redox enzyme in the reaction layer. With this enzymatic reaction, the electron carrier is reduced. After a certain time, voltage is applied to the electrodes of the sensor,
This reduced electron carrier is electrochemically oxidized, and the substrate concentration in the sample solution can be quantified from the oxidation current value obtained at this time. Regarding the amount of the enzyme contained in the reaction layer of the biosensor of this main constitution, the so-called dipping method is often used as the method for producing the reaction layer, and it is difficult to produce it as a thin film. In addition, it was difficult to prevent the produced layer from becoming non-uniform. Therefore, the amount of enzyme present in the reaction layer was excessive compared with the mass of the base contained in the sample to be quantified. Further, since the amount of the reagent contained in the reaction layer is large, there is a drawback that it takes time to dissolve the reagent layer.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な問題点を解決するもので、均一な薄膜を作製すること
により、反応層における酵素反応をより有効に利用する
バイオセンサを提供することを目的とする。本発明は、
そのようなバイオセンサの製造方法を提供することをも
目的とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention solves the above problems, and provides a biosensor that more effectively utilizes an enzymatic reaction in a reaction layer by forming a uniform thin film. The purpose is to The present invention is
It is also an object to provide a method for manufacturing such a biosensor.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のバイオセンサは、電気絶縁性の基板、前記
基板上に形成された作用極および対極を有する電極系、
並びに前記電極系上またはその近傍に形成された少なく
とも酵素を含む反応層を具備し、前記反応層がエレクト
ロスプレー法によって形成された薄膜からなることを特
徴とする。本発明は、また、電気絶縁性の基板、前記基
板上に形成された作用極および対極を有する電極系、並
びに前記電極系上またはその近傍に形成された少なくと
も酵素を含む反応層を具備し、前記反応層の最上層が前
記酵素を含み、当該最上層がエレクトロスプレー法によ
って形成された薄膜からなるバイオセンサを提供する。
前記反応層またはその最上層の厚みは、10nmから1
000nmであるのが好ましい。本発明は、作用極およ
び対極を含む電極系を有する電気絶縁性の基板上の前記
電極系上またはその近傍に、少なくとも酵素を含む溶液
をエレクトロスプレー法によって吹き付けて、薄膜の反
応層を形成する工程を有することを特徴とするバイオセ
ンサの製造方法に関する。本発明は、作用極および対極
を含む電極系を有する電気絶縁性の基板上の前記電極系
上またはその近傍に、親水性高分子または電子伝達体を
含む層を形成する工程、および前記の層の上に、少なく
とも酵素を含む溶液をエレクトロスプレー法によって吹
き付けて、薄膜の反応層を形成する工程を有することを
特徴とするバイオセンサの製造方法にも関する。
In order to solve the above-mentioned problems, the biosensor of the present invention comprises an electrically insulating substrate, an electrode system having a working electrode and a counter electrode formed on the substrate,
And a reaction layer containing at least an enzyme formed on or near the electrode system, the reaction layer being a thin film formed by an electrospray method. The present invention also comprises an electrically insulating substrate, an electrode system having a working electrode and a counter electrode formed on the substrate, and a reaction layer containing at least an enzyme formed on or near the electrode system, There is provided a biosensor in which the uppermost layer of the reaction layer contains the enzyme and the uppermost layer is a thin film formed by an electrospray method.
The thickness of the reaction layer or the uppermost layer thereof is 10 nm to 1
It is preferably 000 nm. According to the present invention, a solution containing at least an enzyme is sprayed onto an electrically insulating substrate having an electrode system including a working electrode and a counter electrode on or near the electrode system by an electrospray method to form a thin reaction layer. The present invention relates to a method for manufacturing a biosensor, which has steps. The present invention provides a step of forming a layer containing a hydrophilic polymer or an electron carrier on or in the vicinity of the electrode system on an electrically insulating substrate having an electrode system including a working electrode and a counter electrode, and the above layer. A method for producing a biosensor, which further comprises the step of spraying a solution containing at least an enzyme thereon by an electrospray method to form a thin reaction layer.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】本発明に係るバイオセンサは、電
気絶縁性の基板、前記基板上に形成された作用極および
対極を有する電極系、並びに前記電極系上またはその近
傍に形成された少なくとも酵素を含む反応層を具備す
る。そして、この反応層は、これを構成する試薬の溶液
をエレクトロスプレー法によって、電気絶縁性の基板上
の電極系上またはその近傍に、吹き付けて形成する。前
記反応層は、電子伝達体を含むのが好ましい。本発明の
他の実施の形態においては、反応層を形成する試薬の一
部、例えば電子伝達体、または親水性高分子を含む溶液
を電極系上またはその近傍に、滴下するなどによって展
開し、乾燥して第1の層を形成した後、その第1の層上
に酵素を含む溶液をエレクトロスプレー法によって吹き
付け、乾燥して酵素を含む第2の層を形成する。第1の
層は、エレクトロスプレー法によって形成してもよい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A biosensor according to the present invention is an electrically insulating substrate, an electrode system having a working electrode and a counter electrode formed on the substrate, and at least formed on or near the electrode system. A reaction layer containing an enzyme is provided. Then, the reaction layer is formed by spraying a solution of a reagent constituting the reaction layer on or near the electrode system on the electrically insulating substrate by an electrospray method. The reaction layer preferably contains an electron carrier. In another embodiment of the present invention, a part of the reagent forming the reaction layer, for example, an electron carrier, or a solution containing a hydrophilic polymer is spread on the electrode system or in the vicinity thereof by dropping or the like, After drying to form the first layer, a solution containing the enzyme is sprayed onto the first layer by an electrospray method and dried to form a second layer containing the enzyme. The first layer may be formed by an electrospray method.

【0007】上記のように、本発明は、酵素を含む層を
エレクトロスプレー法によって薄膜として形成するもの
である。反応層を複数の層で構成する場合は、酵素を含
む層を最上層とする。これによって、センサに試料液を
供給した際、酵素が優先的に試料液に溶解し、酵素反応
が速やかに進行する。
As described above, the present invention forms the layer containing the enzyme as a thin film by the electrospray method. When the reaction layer is composed of a plurality of layers, the layer containing the enzyme is the uppermost layer. As a result, when the sample solution is supplied to the sensor, the enzyme is preferentially dissolved in the sample solution, and the enzymatic reaction proceeds rapidly.

【0008】ここで、エレクトロスプレー法は、質量分
析などで用いられるエレクトロスプレーイオン化法を応
用したものであり、酵素や電子伝達体などの反応層に包
含させる化合物を含む溶液を電場を用いて吹き付ける方
法である。エレクトロスプレー法を用いて反応層を形成
することによって、反応層を構成する各成分を均一に、
かつ薄膜状に塗布することが可能になり、センサの反応
層の溶解性および酵素と電子伝達体の反応性が向上させ
ることができる。
Here, the electrospray method is an application of the electrospray ionization method used in mass spectrometry and the like, and a solution containing a compound to be contained in a reaction layer such as an enzyme or an electron carrier is sprayed using an electric field. Is the way. By forming the reaction layer using the electrospray method, each component constituting the reaction layer is made uniform,
Further, it becomes possible to apply it in the form of a thin film, and the solubility of the reaction layer of the sensor and the reactivity of the enzyme and the electron carrier can be improved.

【0009】本発明において用いられる酵素としては、
グルコースオキシダーゼ、グルコースデヒドロゲナー
ゼ、乳酸オキシダーゼ、乳酸デヒドロゲナーゼ、フルク
トースオキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ、コ
レステロールデヒドロゲナーゼ、コレステロールエステ
ラーゼ、ムタロターゼ、インベルダーゼ、アスコルビン
酸オキシダーゼ、アルコールオキシダーゼなどが挙げら
れる。これらの酵素のうち1種または2種以上を混合し
て用いることもできる。本発明のバイオセンサの反応層
は、前記の通り電子伝達体を含ませても良い。この場
合、電子伝達体としては、フェリシアン化物塩、p−ベ
ンゾキノンおよびその誘導体、フェナジンメトサルフェ
ート、メチレンブルー、フェロセンおよびその誘導体な
どが挙げられる。電子伝達体は、これらの1種または2
種以上が用いられる。前述の電子伝達体を反応層中に含
まない場合には、溶液中の酸素や過酸化酸素を利用する
ことによって基質量の定量は可能となる。
The enzyme used in the present invention is
Examples thereof include glucose oxidase, glucose dehydrogenase, lactate oxidase, lactate dehydrogenase, fructose oxidase, cholesterol oxidase, cholesterol dehydrogenase, cholesterol esterase, mutarotase, inverdase, ascorbate oxidase, alcohol oxidase and the like. It is also possible to use one kind or a mixture of two or more kinds of these enzymes. The reaction layer of the biosensor of the present invention may include an electron carrier as described above. In this case, examples of the electron carrier include ferricyanide salt, p-benzoquinone and its derivative, phenazine methosulfate, methylene blue, ferrocene and its derivative. The electron carrier is one or two of these.
More than one seed is used. When the above-mentioned electron carrier is not contained in the reaction layer, it is possible to quantify the base mass by utilizing oxygen or oxygen peroxide in the solution.

【0010】エレクトロスプレー法を用いる溶液の酵素
や電子伝達体を溶解する溶媒は、水、リン酸緩衝液、ト
リス塩酸緩衝液、フタル酸緩衝液、酢酸緩衝液、塩化ナ
トリウム水溶液などの各種水溶液、あるいはメタノー
ル、エタノール、トルエン、アセトンなどの有機溶媒か
ら選ばれる、1種または2種以上の混合溶液であること
が好ましい。本発明のバイオセンサの反応層には、上記
酵素類や電子伝達体の他に、親水性高分子を含有させて
もよい。反応層中に親水性高分子を添加することによ
り、基板または電極系表面からの反応層の剥離を防ぐこ
とができる。親水性高分子は、反応層表面の割れを防ぐ
効果も有しており、バイオセンサの信頼性を高めるのに
効果的である。また、電極系上を親水性高分子で被覆し
ても良く、上記と同様の効果が得られる。
Solvents for dissolving enzymes and electron carriers in the solution using the electrospray method are water, phosphate buffer, Tris-hydrochloride buffer, phthalate buffer, acetate buffer, various aqueous solutions such as sodium chloride solution, Alternatively, it is preferably a single solution or a mixed solution of two or more selected from organic solvents such as methanol, ethanol, toluene, and acetone. The reaction layer of the biosensor of the present invention may contain a hydrophilic polymer in addition to the above-mentioned enzymes and electron carriers. By adding a hydrophilic polymer to the reaction layer, peeling of the reaction layer from the surface of the substrate or the electrode system can be prevented. The hydrophilic polymer also has an effect of preventing cracks on the surface of the reaction layer, and is effective in increasing the reliability of the biosensor. Further, the electrode system may be coated with a hydrophilic polymer, and the same effect as above can be obtained.

【0011】このような親水性高分子としては、カルボ
キシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、
ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロース、エ
チルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、
カルボキシメチルエチルセルロース、ポリビニルピロリ
ドン、ポリビニルアルコール、ポリリジンなどのポリア
ミノ酸、ポリスチレンスルホン酸、ゼラチンおよびその
誘導体、アクリル酸またはその誘導体、無水マレイン酸
またはその塩の重合体、スターチおよびその誘導体など
が挙げられる。特に、カルボキシメチルセルロースが好
ましい。酸化電流の測定方法としては、測定極と対極の
みの二電極方式と、参照電極を加えた三電極方式があ
り、三電極方式の方が、より正確な測定が可能である。
Such hydrophilic polymers include carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose,
Hydroxypropyl cellulose, methyl cellulose, ethyl cellulose, ethyl hydroxyethyl cellulose,
Examples thereof include carboxymethyl ethyl cellulose, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol, polyamino acids such as polylysine, polystyrene sulfonic acid, gelatin and its derivatives, acrylic acid or its derivatives, polymers of maleic anhydride or its salts, starch and its derivatives, and the like. Particularly, carboxymethyl cellulose is preferable. As a method for measuring the oxidation current, there are a two-electrode method in which only a measurement electrode and a counter electrode are used, and a three-electrode method in which a reference electrode is added. The three-electrode method enables more accurate measurement.

【0012】[0012]

【実施例】以下に、具体的な実施例を挙げて、本発明を
詳細に説明する。図1は、本発明によるバイオセンサの
反応層を取り除いた分解斜視図である。1はポリエチレ
ンテレフタレートからなる絶縁性の基板を示す。この基
板1上には、スクリーン印刷により銀ペーストを印刷し
てリード2、3を形成してある。基板1上には、さら
に、同様の印刷法により、樹脂バインダーを含む導電性
カーボンペーストからなる作用極4および対極5を含む
電極系、並びに電気絶縁性ペーストからなる電気絶縁層
6を形成してある。電気絶縁層6は、作用極4及び対極
5の露出部分の面積を一定とし、かつリードを部分的に
覆っている。上記リードおよび電極の材料としては、銀
やカーボン以外にも、白金、金、およびパラジウムなど
が用いられる。図2は上記のバイオセンサの縦断面略図
である。
EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to specific examples. FIG. 1 is an exploded perspective view of the biosensor according to the present invention with the reaction layer removed. Reference numeral 1 denotes an insulating substrate made of polyethylene terephthalate. The leads 2 and 3 are formed on the substrate 1 by printing a silver paste by screen printing. An electrode system including a working electrode 4 and a counter electrode 5 made of a conductive carbon paste containing a resin binder, and an electric insulating layer 6 made of an electrically insulating paste are further formed on the substrate 1 by the same printing method. is there. The electrically insulating layer 6 makes the areas of the exposed portions of the working electrode 4 and the counter electrode 5 constant and partially covers the leads. As the material of the lead and the electrode, platinum, gold, palladium and the like are used in addition to silver and carbon. FIG. 2 is a schematic vertical sectional view of the above biosensor.

【0013】図1のようにして電極系を形成した絶縁性
基板1上に、酵素と電子伝達体を含む反応層7が形成さ
れる。この絶縁性基板1に、カバー9、および基板1と
カバー9の間に挟まれるスペーサ8を、図1の一点鎖線
で示すような位置関係をもって接着させることによりバ
イオセンサが組み立てられる。スペーサ8には、試料液
供給路を形成するスリット10が形成され、カバー9に
は空気孔11が形成されている。基板1、カバー9およ
びスペーサ8を組み合わせると、基板1とカバー9の間
には、試料供給路となる空間部が形成される。この空間
部は、スリット10の解放端部12が試料供給口とな
り、終端部は空気孔11となる。
A reaction layer 7 containing an enzyme and an electron carrier is formed on an insulating substrate 1 having an electrode system formed as shown in FIG. A biosensor is assembled by adhering a cover 9 and a spacer 8 sandwiched between the substrate 1 and the cover 9 to the insulating substrate 1 in a positional relationship as shown by the alternate long and short dash line in FIG. The spacer 8 is formed with a slit 10 forming a sample liquid supply path, and the cover 9 is formed with an air hole 11. When the substrate 1, the cover 9 and the spacer 8 are combined together, a space portion serving as a sample supply path is formed between the substrate 1 and the cover 9. In this space, the open end 12 of the slit 10 serves as a sample supply port, and the terminal end serves as an air hole 11.

【0014】ここでは、カバー9とスペーサ8の組み合
わせでカバー部材を構成しているが、スペーサ8のスリ
ット10に相当する溝を設けた1つの部材で構成するこ
ともできる。また、反応層は、必ずしも電極系上に形成
する必要はなく、試料供給路内に露出する部分に形成さ
れていれば良く、試料液は反応層を溶解して電極系上に
達する構成であればよい。
Although the cover member is formed by the combination of the cover 9 and the spacer 8 here, it may be formed by a single member provided with a groove corresponding to the slit 10 of the spacer 8. Further, the reaction layer does not necessarily have to be formed on the electrode system, as long as it is formed on a portion exposed in the sample supply path, and the sample solution may dissolve the reaction layer and reach the electrode system. Good.

【0015】《実施例1》図1の基板1の電極系上に、
フェリシアン化カリウムとグルコースオキシダーゼ(E
C1.1.3.4:以下GODと略す)を含む水溶液を
エレクトロスプレー法によって吹き付け、乾燥させて反
応層7を形成した。このエレクトロスプレー法は、以下
のようにして実施した。基板1をこれより大きい金属板
電極上にセットし、基板1の電極系の上方に、前記溶液
を噴出させるためのノズルをセットし、ノズル内の針状
電極を負にして金属板電極との間に3kVの電圧を印加
して10秒間前記水溶液をノズルから基板1の電極系上
に吹き付け、次いで乾燥させた。このようにして形成さ
れた反応層7に含まれるフェリシアン化カリウムの量
は、1平方センチメートルあたり0.1mgであり、G
ODの量は5μgであった。また、形成した薄膜反応層
の厚みは100nmであった。
Example 1 On the electrode system of the substrate 1 of FIG.
Potassium ferricyanide and glucose oxidase (E
An aqueous solution containing C1.1.3.4: hereinafter abbreviated as GOD) was sprayed by an electrospray method and dried to form a reaction layer 7. This electrospray method was carried out as follows. The substrate 1 is set on a metal plate electrode larger than this, a nozzle for ejecting the solution is set above the electrode system of the substrate 1, and the needle electrode in the nozzle is made negative to form a metal plate electrode. A voltage of 3 kV was applied between them, and the aqueous solution was sprayed on the electrode system of the substrate 1 from a nozzle for 10 seconds, and then dried. The amount of potassium ferricyanide contained in the reaction layer 7 thus formed is 0.1 mg per 1 cm 2, and G
The amount of OD was 5 μg. The thickness of the formed thin film reaction layer was 100 nm.

【0016】次に、図2に示したような位置関係をもっ
て、センサを組み立て、グルコースセンサとしての特性
評価を行った。グルコースを含む試料液が反応層7に供
給されると、試料液内のグルコースは、GODによって
酸化される。そして、これと同時に反応層中の電子伝達
体が還元される。続いて、試料液を供給して55秒後に
対極5を基準にして作用極4に+0.5Vの電圧を印加
して電子伝達体の還元体を酸化した。そして、5秒後の
電流値を測定した。この場合の測定時間、すなわち試料
を供給してから酸化電流値の測定までの時間を1分とす
る。この電流値は、生成した電子伝達体の濃度、すなわ
ち試料液中の基質濃度に比例するので、この電流値を測
定することにより、試料液のグルコース濃度を求めるこ
とができる。0、180、360、および540mg/
dlの各グルコース濃度の試料を用意し、測定時間を3
0秒とした場合のそれぞれに対するセンサの応答電流値
を測定した結果、応答電流値とグルコース濃度との間に
は一定の相関性があり、良好な直線性を示した。また、
測定時間を10秒とした場合にも、応答電流値とグルコ
ース濃度の関係は良好な直線性を示した。
Next, a sensor was assembled with the positional relationship shown in FIG. 2 and the characteristics of the glucose sensor were evaluated. When the sample solution containing glucose is supplied to the reaction layer 7, glucose in the sample solution is oxidized by GOD. At the same time, the electron carrier in the reaction layer is reduced. Subsequently, 55 seconds after supplying the sample liquid, a voltage of +0.5 V was applied to the working electrode 4 with reference to the counter electrode 5 to oxidize the reduced form of the electron carrier. Then, the current value after 5 seconds was measured. The measurement time in this case, that is, the time from the supply of the sample to the measurement of the oxidation current value is set to 1 minute. This current value is proportional to the concentration of the produced electron carrier, that is, the substrate concentration in the sample solution, so that the glucose concentration of the sample solution can be determined by measuring this current value. 0, 180, 360, and 540 mg /
Prepare a sample of each glucose concentration of dl and set the measurement time to 3
As a result of measuring the response current value of the sensor with respect to 0 second, there was a certain correlation between the response current value and the glucose concentration, and good linearity was shown. Also,
Even when the measurement time was 10 seconds, the relationship between the response current value and the glucose concentration showed good linearity.

【0017】《実施例2》フェリシアン化カリウムを含
む水溶液を調製し、これを電極上に滴下し、乾燥する方
法で第一の層を電極系上に形成した。この第一の層に含
まれるフェリシアン化カリウムの量は1平方センチメー
トルあたり1mgであった。次に、GOD水溶液を調製
し、この水溶液を実施例1と同様なエレクトロスプレー
法によって第一の層上に吹き付け、乾燥させて第二の層
を形成した。ただし、印加電圧は2.5kV、吹き付け
時間は2.5秒とした。この第2の層に含まれるGOD
の量は、反応層1平方センチメートルあたり1μgであ
った。作製した薄膜の第2の層の厚みは、20nmであ
った。実施例1と同様の方法でグルコース標準液に対す
るセンサ応答電流値を測定した結果、測定時間が30秒
および10秒のいずれにおいても応答電流値はグルコー
ス濃度に対し良好な直線性を示した。
Example 2 An aqueous solution containing potassium ferricyanide was prepared, which was dropped on an electrode and dried to form a first layer on the electrode system. The amount of potassium ferricyanide contained in this first layer was 1 mg per square centimeter. Next, an aqueous GOD solution was prepared, and this aqueous solution was sprayed on the first layer by the same electrospray method as in Example 1 and dried to form the second layer. However, the applied voltage was 2.5 kV and the spraying time was 2.5 seconds. GOD contained in this second layer
Was 1 μg per 1 cm 2 of the reaction layer. The thickness of the second layer of the produced thin film was 20 nm. As a result of measuring the sensor response current value to the glucose standard solution by the same method as in Example 1, the response current value showed good linearity with respect to the glucose concentration at both the measurement times of 30 seconds and 10 seconds.

【0018】《比較例1》フェリシアン化カリウムとG
ODを含む水溶液を電極上に滴下し、乾燥させて反応層
を形成した。この反応層に含まれるフェリシアン化カリ
ウムの量は1平方センチメートルあたり1mgであり、
GODの量は、50μgであった。作製した反応層の厚
みは、20μmであった。実施例1と同様の方法でグル
コース標準液に対するセンサ応答電流値を測定した結
果、測定時間を30秒とした場合には応答電流値とグル
コース濃度との関係は良好な直線性を示した。しかし、
測定時間を10秒とした場合には、応答電流値とグルコ
ース濃度との関係は、高濃度域において直線性を示さな
かった。
Comparative Example 1 Potassium ferricyanide and G
An aqueous solution containing OD was dropped on the electrode and dried to form a reaction layer. The amount of potassium ferricyanide contained in this reaction layer was 1 mg per square centimeter,
The amount of GOD was 50 μg. The thickness of the produced reaction layer was 20 μm. As a result of measuring the sensor response current value for the glucose standard solution by the same method as in Example 1, when the measurement time was 30 seconds, the relationship between the response current value and the glucose concentration showed good linearity. But,
When the measurement time was 10 seconds, the relationship between the response current value and the glucose concentration did not show linearity in the high concentration range.

【0019】《実施例3》実施例2と同様に、フェリシ
アン化カリウムを含む第1の層を形成した。次に、コレ
ステロールエステラーゼとコレステロールオキシダーゼ
を含む水溶液を調製し、その溶液をエレクトロスプレー
法によって上記の第1の層上に吹き付けてから乾燥さ
せ、第2の層を形成した。この場合の印加電圧は2k
V、吹き付け時間は20秒とした。この第2の層7bに
含まれる酵素の量は、反応層1平方センチメートルあた
り、コレステロールオキシダーゼは20μg、コレステ
ロールエステラーゼは50μgであった。第2の層の薄
膜の厚みは、150nmであった。
Example 3 Similar to Example 2, a first layer containing potassium ferricyanide was formed. Next, an aqueous solution containing cholesterol esterase and cholesterol oxidase was prepared, and the solution was sprayed on the first layer by an electrospray method and then dried to form a second layer. The applied voltage in this case is 2k
V and the spraying time were 20 seconds. The amounts of enzymes contained in the second layer 7b were 20 μg of cholesterol oxidase and 50 μg of cholesterol esterase per 1 cm 2 of the reaction layer. The thickness of the second layer thin film was 150 nm.

【0020】グルコースセンサの場合と同様の方法でコ
レステロールセンサを作製し、コレステロールを含む試
料液に対するセンサ応答電流値を測定した結果、測定時
間3分における応答電流値はコレステロール濃度に対し
良好な直線性を示した。また、測定時間1分においても
コレステロール濃度に対し良好な直線性を示した。
A cholesterol sensor was produced in the same manner as the glucose sensor, and the sensor response current value for the sample solution containing cholesterol was measured. As a result, the response current value at the measurement time of 3 minutes showed good linearity with respect to the cholesterol concentration. showed that. In addition, good linearity was shown with respect to the cholesterol concentration even at the measurement time of 1 minute.

【0021】《比較例2》図1の基板1の電極系上に、
フェリシアン化カリウムとコレステロールオキシダーゼ
とコレステロールエステラーゼの混合水溶液を滴下し、
乾燥させて反応層7を形成した。この層7に含まれるフ
ェリシアン化カリウムの量は反応層1平方センチメート
ルあたり1mgであり、コレステロールオキシダーゼの
量は0.1mg、コレステロールエステラーゼの量は
0.5mgであった。反応層の厚みは、50μmであっ
た。次に、実施例3と同様の方法でセンサの応答電流値
を測定した。その結果、測定時間3分においては、応答
電流値とコレステロール濃度との間には一定の相関性が
あり、良好な直線性を示した。この応答直線性は実施例
1で示したものとほぼ同じであった。しかしながら、測
定時間1分では良好な応答直線性を示さなかった。
Comparative Example 2 On the electrode system of the substrate 1 of FIG.
Drop a mixed aqueous solution of potassium ferricyanide, cholesterol oxidase, and cholesterol esterase,
The reaction layer 7 was formed by drying. The amount of potassium ferricyanide contained in this layer 7 was 1 mg per 1 cm 2 of the reaction layer, the amount of cholesterol oxidase was 0.1 mg, and the amount of cholesterol esterase was 0.5 mg. The thickness of the reaction layer was 50 μm. Next, the response current value of the sensor was measured by the same method as in Example 3. As a result, at the measurement time of 3 minutes, there was a certain correlation between the response current value and the cholesterol concentration, and good linearity was shown. This response linearity was almost the same as that shown in Example 1. However, the response linearity was not shown at the measurement time of 1 minute.

【0022】《実施例4》白金で作られた電極系上に、
グルコースオキシダーゼ(GOD)を含む水溶液をエレ
クトロスプレー法によって吹き付け、乾燥させて反応層
7を形成した。印加電圧2kVで5秒間吹き付けて形成
した反応層7に含まれるGODの量は3μgであった。
また、形成した薄膜反応層の厚みは50nmであった。
この電極系上にグルコースを含む試料液を供給すると、
試料液内のグルコースは、GODによって酸化され過酸
化水素を形成する。そこで、試料液を供給して10秒後
に対極5を基準にして作用極4に+1.0Vの電圧を印
加して、5秒後の電流値を測定した。この電流値は、試
料液中の基質濃度に比例するので、この電流値を測定す
ることにより、試料液のグルコース濃度を求めることが
できる。0、180、360、および540mg/dl
の各グルコース濃度の試料を用意し、測定時間を30秒
とした場合のそれぞれに対するセンサの応答電流値を測
定した結果、応答電流値とグルコース濃度との間には一
定の相関性があり、良好な直線性を示した。測定時間を
10秒とした場合にも、応答電流値とグルコース濃度の
関係は良好な直線性を示した。
Example 4 On an electrode system made of platinum,
An aqueous solution containing glucose oxidase (GOD) was sprayed by an electrospray method and dried to form a reaction layer 7. The amount of GOD contained in the reaction layer 7 formed by spraying at an applied voltage of 2 kV for 5 seconds was 3 μg.
The thickness of the formed thin film reaction layer was 50 nm.
When a sample solution containing glucose is supplied onto this electrode system,
Glucose in the sample solution is oxidized by GOD to form hydrogen peroxide. Therefore, 10 seconds after the sample liquid was supplied, a voltage of +1.0 V was applied to the working electrode 4 with the counter electrode 5 as a reference, and the current value after 5 seconds was measured. Since this current value is proportional to the substrate concentration in the sample solution, the glucose concentration in the sample solution can be determined by measuring this current value. 0, 180, 360, and 540 mg / dl
As a result of preparing a sample of each glucose concentration of, and measuring the response current value of the sensor for each when the measurement time was 30 seconds, there was a certain correlation between the response current value and the glucose concentration, which was good. It showed excellent linearity. Even when the measurement time was 10 seconds, the relationship between the response current value and the glucose concentration showed good linearity.

【0023】エレクトロスプレー法を用いた反応層形成
法は、ディップ法による形成法と比較して薄膜化が可能
である。そのため、反応層に含まれる酵素を含む試薬の
溶解がスムーズになる。その結果、測定時間の短縮が可
能とある。薄膜の厚みは、10nm以下は均一な膜を作
製するのが困難である。また、作製できたとしても、そ
こに含まれる試薬量が不十分であるため、センサとして
十分に機能しない。一方、反応層の薄膜の厚みが100
0nm以上であると、反応層の溶解性が下がり、短時間
での測定が困難になる。したがって、薄膜の厚さを10
nmから1000nmにすることが有効である。
The reaction layer forming method using the electrospray method can be made thinner than the forming method by the dip method. Therefore, the dissolution of the reagent containing the enzyme contained in the reaction layer becomes smooth. As a result, the measurement time can be shortened. If the thickness of the thin film is 10 nm or less, it is difficult to produce a uniform film. Even if it can be manufactured, it does not function sufficiently as a sensor because the amount of the reagent contained therein is insufficient. On the other hand, the thin film of the reaction layer has a thickness of 100.
When it is 0 nm or more, the solubility of the reaction layer is lowered and the measurement in a short time becomes difficult. Therefore, the thickness of the thin film should be 10
It is effective to set the thickness from nm to 1000 nm.

【0024】以上の実施例では、グルコースセンサおよ
びコレステロールセンサについて説明したが、その他の
酵素を用いたグルコースセンサまたはコレステロールセ
ンサ、および乳酸センサ、果糖センサ、しょ糖センサ、
アルコールセンサ、アスコルビン酸センサなどの各セン
サにも本発明を適用できることはいうまでもない。
Although the glucose sensor and the cholesterol sensor have been described in the above embodiments, the glucose sensor or the cholesterol sensor using other enzymes, the lactate sensor, the fructose sensor, the sucrose sensor,
It goes without saying that the present invention can be applied to each sensor such as an alcohol sensor and an ascorbic acid sensor.

【0025】[0025]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、血液、
尿などの生体試料、食品工業における原料や製品などの
試料中に含まれる基質を高精度で、迅速かつ容易に定量
しうるバイオセンサを得ることができる。
As described above, according to the present invention, blood,
It is possible to obtain a biosensor capable of quantifying a substrate contained in a biological sample such as urine or a sample such as a raw material or a product in the food industry with high accuracy, quickly and easily.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例におけるバイオセンサの反応
層を除いた分解斜視図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view of a biosensor according to an embodiment of the present invention, excluding a reaction layer.

【図2】同バイオセンサの縦断面略図である。FIG. 2 is a schematic vertical sectional view of the biosensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電気絶縁性の基板 2、3 リード 4 作用極 5 対極 6 絶縁層 7 反応層 8 スペーサ 9 カバー 10 スリット 11 空気孔 1 Electrically insulating substrate A few leads 4 Working pole 5 opposite poles 6 insulating layers 7 Reaction layer 8 spacers 9 cover 10 slits 11 air holes

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01N 33/483 G01N 27/30 353B 353P 27/46 336H 336G 338 (72)発明者 長谷川 美和 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 渡邊 基一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 吉岡 俊彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 2G045 AA13 AA16 CA25 CA26 DA31 DA69 FB01 FB05 GC20 4B029 AA07 AA21 BB16 CC03 CC11 FA12 4B033 NA03 NA23 NA24 NB34 NB45 NB63 NB66 NC04 NC06 NC12 NC16 ND05 ND16 4B063 QA01 QA18 QA19 QQ03 QQ68 QQ76 QR03 QR04 QR12 QR84 QS28 QS39 QX05 Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) G01N 33/483 G01N 27/30 353B 353P 27/46 336H 336G 338 (72) Inventor Miwa Hasegawa Kadoma City, Osaka Prefecture 1006 Address Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Kiichi Watanabe 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor, Toshihiko Yoshioka 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. F term (reference) 2G045 AA13 AA16 CA25 CA26 DA31 DA69 FB01 FB05 GC20 4B029 AA07 AA21 BB16 CC03 CC11 FA12 4B033 NA03 NA23 NA24 NB34 NB45 NB63 NB66 NC04 NC06 NC06 NC12 NC16 ND05 ND16 4B06QQQQQAQQQQAQ

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電気絶縁性の基板、前記基板上に形成さ
れた作用極および対極を有する電極系、並びに前記電極
系上またはその近傍に形成された少なくとも酵素を含む
反応層を具備し、前記反応層がエレクトロスプレー法に
よって形成された薄膜からなることを特徴とするバイオ
センサ。
1. An electrically insulating substrate, an electrode system having a working electrode and a counter electrode formed on the substrate, and a reaction layer containing at least an enzyme formed on or near the electrode system. A biosensor, wherein the reaction layer comprises a thin film formed by an electrospray method.
【請求項2】 電気絶縁性の基板、前記基板上に形成さ
れた作用極および対極を有する電極系、並びに前記電極
系上またはその近傍に形成された少なくとも酵素を含む
反応層を具備し、前記反応層の最上層が前記酵素を含
み、当該最上層がエレクトロスプレー法によって形成さ
れた薄膜からなることを特徴とするバイオセンサ。
2. An electrically insulating substrate, an electrode system having a working electrode and a counter electrode formed on the substrate, and a reaction layer containing at least an enzyme formed on or near the electrode system, A biosensor, wherein the uppermost layer of the reaction layer contains the enzyme and the uppermost layer is a thin film formed by an electrospray method.
【請求項3】 前記反応層が電子伝達体を含む請求項1
または2記載のバイオセンサ。
3. The reaction layer contains an electron carrier.
Alternatively, the biosensor according to item 2.
【請求項4】 前記反応層の厚みが、10nmから10
00nmである請求項1記載のバイオセンサ。
4. The thickness of the reaction layer is 10 nm to 10 nm.
The biosensor according to claim 1, which has a thickness of 00 nm.
【請求項5】 前記最上層の厚みが、10nmから10
00nmである請求項2記載のバイオセンサ。
5. The thickness of the uppermost layer is 10 nm to 10 nm.
The biosensor according to claim 2, which has a thickness of 00 nm.
【請求項6】 作用極および対極を含む電極系を有する
電気絶縁性の基板上の前記電極系上またはその近傍に、
少なくとも酵素を含む溶液をエレクトロスプレー法によ
って吹き付けて、薄膜の反応層を形成する工程を有する
ことを特徴とするバイオセンサの製造方法。
6. On or near the electrode system on an electrically insulating substrate having an electrode system including a working electrode and a counter electrode,
A method for producing a biosensor, comprising a step of forming a thin film reaction layer by spraying a solution containing at least an enzyme by an electrospray method.
【請求項7】 作用極および対極を含む電極系を有する
電気絶縁性の基板上の前記電極系上またはその近傍に、
親水性高分子または電子伝達体を含む層を形成する工
程、および前記の層の上に、少なくとも酵素を含む溶液
をエレクトロスプレー法によって吹き付けて、薄膜の反
応層を形成する工程を有することを特徴とするバイオセ
ンサの製造方法。
7. On or near the electrode system on an electrically insulating substrate having an electrode system including a working electrode and a counter electrode,
And a step of forming a layer containing a hydrophilic polymer or an electron carrier, and a step of spraying a solution containing at least an enzyme onto the layer by an electrospray method to form a thin reaction layer. And a method for manufacturing a biosensor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007103307A (en) * 2005-10-07 2007-04-19 Sony Corp Method of manufacturing fuel cell, fuel cell, method of manufacturing negative electrode for fuel cell, negative electrode for fuel cell, electronic equipment, vehicle, power generating system, co-generation system, method of manufacturing enzyme reaction utilizing device, enzyme reaction utilizing device, method of manufacturing electrode for enzyme reaction utilizing device, electrode for enzyme utilizing device, and immobilization method
JP2008507691A (en) * 2004-07-22 2008-03-13 バイオプロスペクト テクノロジーズ カンパニー リミテッド Electrochemical detection method and apparatus

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